基于单片机的无线测温系统的设计.doc

大连海事大学装订线毕 业 论 文二一四年六月基于 51 单片机无线测温系统设计 专业班级： 通信工程1班姓 名： 杜嘉麟 指引教师： 李作洲 信息科学技术学院摘 要温度是寻常生活中必不可少重要参数。在寻常生活中有许多时候咱们都离不开温度测量。简朴温度计已经不能满足某些特定状况下温度测量，特别在某某些环境恶劣工业场合和户外场合，在这种状况下再使用老式温度计测量温度是不切实际。因此无线测温系统开发与设计便显得异常重要。当下某些无线温度测量系统已得到开发和设计，但因其高昂成本导致其还没有普及到寻常生活当中。在实际测温过程中既要保证系统精确性、稳定性、实时性又需要保证产品低功耗，操作简朴。因而设计一种低功耗，小成本，易使用无线测温系统就显得很故意义。本次设计运用STC89C52型号单片机控制DS18B20型号温度传感器来实现无线测温系统设计。通过简朴无线通信合同，实现高可靠性与低功耗，小成本无线测温系统设计。本次设计能实现对温度远程检测。小成本、低功耗、即时性无线测温系统是本次设计最大特点。本次设计无线传播模块采用型号是NRF24L01。该系统构造简朴，性能可靠，功耗较低，成本低廉，提供了一种新型无线传感器解决方案。核心词：51单片机；无线测温；无线传播模块AbstractTemperature is the essential parameter in daily life，which is often to need measure. The traditional thermometer can not meet the temperature measurement of the specific circumstances，especially in some of the harsh industrial space and outdoor space，where the measurement is unrealistic. So the development and design of wireless temperature measuring system is very important.Many wireless temperature measurement systems have been developed so far，however，high cost stops the systems wildly applied in our daily life. In the actual measurement process it is necessary to ensure the stability of the system，the real-time and the low power consumption. So the design of a low power and low cost wireless temperature measuring system is of great significance. Some temperature sensors，model DS18B20，are controlled by SCM，type STC89C52. These devices constitute the measurement and control system. Using simple wireless communication protocol，a high reliability，low power consumption and low cost system is designed，which can realize remote detection of temperature. Low cost，low power consumption，real-time and remote control are focuses of this design. The wireless transmission module used in this system is NRF24L01.This system has advantages of simple structure，reliable performance，low power consumption and low cost，providing a novel scheme，namely using wireless sensors.Keywords：MCS-51r，wireless temperature measurement，Wireless transmission module目 录第1章绪 论11.1 论文研究重要内容11.2 国内外现状3第2章核心技术简介52.1 单片机最小系统简介52.2 无线收发模块52.3 数码管显示电路52.4 电源模块电路6第3章系统分析73.1 构架概述73.1.1 功能构架73.1.2 模块需求描述73.2 系统开发环境83.3 系统任务可行性分析83.3.1 技术可行性83.3.2 系统安全性分析9第4章系统设计104.1 构架概述104.2 系统功能构造设计10第5章系统实现125.1 软件实现125.1.1 主函数模块功能简介125.1.2 发送程序功能简介125.1.3 接受程序功能简介125.1.4 函数实现135.2 硬件实现165.2.1 单片机接口及功能简介165.2.2 晶振电路设计165.2.4 报警电路设计175.2.5 温度检测电路设计185.2.6 数码管驱动电路设计185.2.7 NRF24L0121第6章系统测试246.1 测试方案246.2 读取数据并对比246.3系统运营成果24结论26参 考 文 献27致 谢28附录129基于 51 单片机无线测温系统设计第1章绪 论在工业现场，由于生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留在现场观测设备与否运营正常，就需要采集数据并传播数据到一种环境相对好操控室内，这样就会产生数据传播问题。由于厂房大、需要传播数据多，使用老式有线数据传播方式就需要铺设诸多很长通讯线，挥霍资源，占用空间，可操作性差，浮现错误换线困难。并且，当数据采集点处在运动状态、所处环境不容许或无法铺设电缆时，数据甚至无法传播，此时便需要运用无线传播方式进行数据采集。在农业生产上，无论是温室大棚温度监测，还是粮仓管理，老式上都是采用分区取样人工办法，工作量大，可靠性差。并且大棚和粮仓占地面积大，检测目的分散，测点较多，老式办法已经不能满足当前农业发展需要。当前科技水平下，无线通信技术发展使得温度采集测量精准，简便易行。在寻常生活中，随着人们生活水平提高，居住条件也逐渐变得智能化。如今诸多家庭都会安装室内温度采集控制系统，其原理就是运用无线通信技术采集室内温度数据，并依照室内温度状况进行遥控通风等操作，自动调节室内温度湿度，可以更好地改进人们居住环境。在现实生活中，这种无线温度采集系统已经被成功应用于工农业、环境监测、军事国防、机器人控制等许多重要领域，并且类似于这种温度采集系统无线通信网络已经被广泛应用到民用和军事领域。凡是布线繁杂或不容许布线场合都但愿能通过无线方案来解决。为此，需要设计相应接口系统，控制这些射频芯片工作，完毕可靠稳定无线数据通信，这样研究也变得更加故意义了。1.1 论文研究重要内容本次设计重要采用STC89C52单片机，之因此采用单片机系统，重要是由于单片系统具备如下特点（1）高集成度，体积小，高可靠性单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小。芯片自身是按工业测控环境规定设计，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于普通通用CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一种芯片内，故可靠性高。（2）控制功能强为了满足对对象控制规定，单片机指令系统均有极丰富条件:分支转移能力，I/O口逻辑操作及位解决能力，非常合用于专门控制功能。（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内工作电压仅为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。（4）易扩展片内具备计算机正常运营所必须部件。芯片外部有许多供扩展用三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模计算机应用系统。（5）优秀性能价格比单片机性能极高。为了提高速度和运营效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机寻址能力也已突破64KB限制，有已可达到1MB和16MB，片内ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机广泛使用，因而销量极大，各大公司商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。本系统无线某些设计采用了Nordic公司新推出工作于2.4GHz频段NRF24L01射频芯片，由STC89C52单片机控制实现短距离无线数据通信。该接口设计具备成本低、传播速率高、软件设计简朴以及通信稳定可靠等特点。整个系统有发送和接受二某些，通过NRF24L01无线数据通信收发模块来实现无线数据传播。发送某些以单片机STC89C52为核心，使用温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过NRF24N01将采集温度无线传送给接受某些，然后在数码管上显示，通过蜂鸣器实现对温度过高或过低进行报警。NRF24L01是一款工业级内置硬件链路层合同低成本无线收发器。该器件工作于2.4 GHz全球开放ISM频段，内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合增强型Shock Burst技术，其输出功率和通信频道可通过程序配备。拥有Shock Burst和Enhanced Shock Burst两种数据传播模式。可直接与单片机IO连接，外接元件数目少。NRF24L01功耗低，以-6 dBm功率发射时，工作电流仅9 mA；接受时，工作电流仅123 mA，各种低功率工作模式(掉电和空闲模式)更利于节能设计。本系统测温模块采用是DS18B20温度传感器，DS18B20数字温度传感器接线以便，封装成后可应用于各种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号各种各样，有LTM8877，LTM8874等等。重要依照应用场合不同而变化其外观。封装后DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，干净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用以便，封装形式多样，合用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20独特一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范畴为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度范畴为-55摄氏度至+125摄氏度。华氏相称于是-67华氏度到257华氏度 -10摄氏度至+85摄氏度范畴内精度为0.5摄氏度。温度传感器可编程辨别率为912位，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，顾客可定义非易失性温度报警设立，应用范畴涉及恒温控制、工业系统、消费电子产品温度计、或任何热敏感系统。描述该DS18B20数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数)。由于DS18B20是一条口线通信，因此中央微解决器与DS18B20只有一种一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线自身获得能量，不需要外接电源。 由于每一种DS18B20包括一种独特序号，各种DS18B20可以同步存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同地方。它用途诸多，涉及空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。1.2 国内外现状温度采集控制系统在国内各行各业应用虽然已经十分广泛，但从国内生产温度监控来讲，总体发展水平依然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，依然有着较大差距。成熟温控产品重要以“点位”控制及常规PID控制器为主，它们只能适应普通温度系统控制，而用于较高控制场合智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十提成熟，形成商品化并广泛应用控制仪表较少。随着国内经济发展及加入WTO，国内政府及公司对此都非常注重，对有关公司资源进行了重组，相继建立了某些国家、公司研发中心，开展创新性研究，使国内仪表工业得到了迅速发展。 随着新技术不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一种以微机应用为主新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机应用已经渗入到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。老式温度采集办法不但费时费力，并且精度差，单片机浮现使得温度采集和数据解决问题可以得到较好解决。温度是工业对象中一种重要被控参数。然而所采用测温元件和测量办法也不相似；产品工艺不同，控制温度精度也不相似。因而对数据采集精度和采用控制办法也不相似。老式控制方式已不能满足高精度，高速度控制规定，如温度控制表温度接触器，其重要缺陷是温度波动范畴大，由于它重要通过控制接触器通断时间比例来达到变化加热功率目，受仪表自身误差和交流接触器寿命限制，通断频率很低。近几年来迅速发展了各种先进温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大提高了控制精度，不但使控制变得简便，并且使产品质量更好，减少了产品成本，提高了生产效率。本系统规定有数据解决，显示功能等,被控对象为一阶惯性环节和一阶积分环节组合，惯性时间常数为2s，开环增益k=10，温度控制范畴为-50150。 本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具备集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用以便等独特长处，在数字、智能化方面有广泛用途。本系统使用STC89C52单片机，使温度采集大为简便。第2章核心技术简介2.1 单片机最小系统简介单片机最小系统即是单片机运营最基本电路，最小系统中构成缺一不可。最小系统重要是由三某些构成，其中涉及单片机、复位电路、时钟电路等几某些构成。这几某些是单片机系统必不可少，既然被称为单片机最小系统，她每一某些都是单片机系统必不可少某些，单片机是一切控制核心，她负责单片机软件运营，协调各个硬件电路之间协调运营。软件代码需要烧写在单片机内，供电后，单片机运营程序即可开始运营，随着事先设定实现相应功能。单片机又称单片微控制器，是在一块芯片中集成了CPU中央解决器、RAM数据存储器、ROM程序存储器、定期器/计数器和各种功能I/O输入/输出接口等一台计算机所需要基本功能部件，从而可以完毕复杂运算、逻辑控制、通信等功能。单片机最小系统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必要构成某些也可理解为是用至少元件构成单片机可以工作系统。2.2 无线收发模块无线数据传播广泛地应用于社会各个行业，重要涉及监控系统、遥控系统、无线网络和信号采集系统。由于其稳定性能和性价比很高深受大众爱慕。开源软件无线电技术对无线电行业影响颇深，无线收发模块也不例外。它提供信号运营和解决模块，用它可以在易制作低成本射频（RF）硬件和通用微解决器上实现软件定义无线电。无线模块广泛被业余兴趣者，学术机构和商业机构用来研究和构建无线通信系统。开发者可以简朴迅速构建一种实时、高容量无线通信系统。2.3 数码管显示电路显示模块在单片机系统中有着非常重要作用，根绝系统需求不同会设计不同显示电路。在显示温度过程中会使用显示电路，此电路对于显示规定比较高，因此此电路使用了LED数码管显示电路，此电路长处是成本低，控制简朴，占用资源少。是本系统非常抱负选取。LED数码管（LED Segment Displays）由各种发光二极管封装在一起构成“8”字型器件，引线已在内部连接完毕，只需引出它们各个笔划，公共电极。数码管事实上是由七个发光管构成8字形构成，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表达。数码管在使用过程中必要设计驱动电路，如果单片机和数码管直接相连话会导致数码管亮度局限性或者浮现烧损单片机状况。2.4 电源模块电路电源是系统运营一切基本，因此电源供电电路必不可少，它必要给系统各个器件进行供电，保证系统运营。供电电路由电源芯片为重要构成，她可以提供稳定适当电源以使电路可以正常稳定运营，电源供电电路是一切运营基本。第3章系统分析3.1 构架概述3.1.1 功能构架依照需求调研成果拟定本系统重要涉及如下功能模块，如图3.1所示。温度传感器时钟电路复位电路单片机发送模块接受模块单片机显示模块报警模块图3.1 系统体系构造3.1.2 模块需求描述（1）单片机最小系统功能描述单片机最小系统功能是核心控制系统，单片机最小系统实现重要功能是控制功能电路正常运营，已达到实现功能目。单片机最小系统是功能实现控制单元，此模块还必要包括时钟电路和复位电路，由于运营环境和诸多不拟定因素导致系统不正常运营，外部复位电路是必不可少，在系统运营不正常时，内部复位电路已经无法正常复位，因此外部复位电路必不可少。时钟电路也是单片机系统运营必要器件之一，本系统选用了12M晶振，重要系统是通信系统，故选用12M晶振，以以便通信。（2）电源模块功能电源对于任何一种当代化产品来说，都是一切基本。她是一切电子设备运营能量来源。电源模块设计必要满足电路内部一切供电电压电路需求，对于不同电压需求必要有相应电路和电源模块进行实现。（3）无线收发模块功能无线收发模块是运用NRF24L01为基本研发，NRF24L01是一款新型单片射频收发器件。工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。无线收发模块功能是将无线监测到信号进行传播，并互相读取。无线模块可以对信号进行远程收发，通过2.4GHz频率进行无线通信。其中输出功率和通信频道可通过程序进行配备。NRF24L01功耗低，在以-6dBm功率发射时，支持各种低功率工作模式，有掉电模式和空闲模式，使节能设计更以便。（4）LED显示模块功能显示电路当前已经成为了最小系统不可缺失一某些，虽然单片机最小系统并未包括显示电路，可是既有单片机电路没有了显示电路已经不能称为合格单片机系统。只有具备显示电路才是更加先进和美观电路，LED显示模块重要负责在使用过程中数据查看，保证在有输入时液晶显示电路会有相应显示，将输入内容显示在液晶显示屏上。液晶显示电路在设立完毕后，需要实时显示接受到温度信息。保证了系统人性化和科学化。使其更加美观更加人性化。3.2 系统开发环境 硬件环境：硬盘40G，内存1024MB软件环境：windows xp/73.3 系统任务可行性分析3.3.1 技术可行性 本系统采用双控制模块化构造，分两某些进行控制。两某些由各自单片机进行控制，各自独立运营，互不影响。这样对于系统安全更加有保障。在某个模块浮现问题时候不会影响到整个系统正常运营。本系统选用单片机STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具备8K系统可编程Flash存储器，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash容许程序存储器在系统在中编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有机灵8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效解决方案。STC89C52具备如下原则功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定期器，2个数据指针，三个16 位定期器/计数器，一种6向量2级中断构造，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。此外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选取节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，容许RAM、定期器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一种中断或硬件复位为止。STC89C52采用40引脚双列直插封装（DIP方式）。STC89C52具备丰富资源，并且性价比很高，对于一种有市场意义项目来说成本控制是非常重要。3.3.2 系统安全性分析本系统选取了单片机STC89C52，显示某些选取了LED数码管。系统功能上分为发送端和接受端两某些，发送端重要功能是负责收集传感器得到信号，在单片机解决后，通过NRF24L01发送到接受端。接受端重要功能是接受发送端发出信号，并在LED数码管上显示发送数据。系统采用行业范畴内比较典型且有一定使用经验传感器和器件。保证了系统安全性。第4章系统设计4.1 构架概述本系统重要分两某些，温度检测电路和温度显示电路。将某些电路分开重要目是实现本系统无线收发功能。本系统远程无线收发功能可以实现对远程温度监控功能。对于无线收发功能重要是依托NRF24L01模块，通过两个模块之间通信进行数据交流。两个系统互相独立，又互相依存。两个电路在互相配合过程中，采用NRF24L01模块无线信号为介质，将温度传感器检测到温度信号进行传播，通过显示电路将温度显示出来。这样就实现了一种远程温度检测系统。温度检测电路重要是由单片机最小系统、电源电路、NRF24L01模块和温度检测电路。温度检测电路通过单片机对温度传感器进行控制，温度传感器采用是DS18B20，此温度传感器采用单总线方式进行信号传播。在信号传播必要保证时序精确控制。在控制时序过程中实现温度信号精确传播。温度显示电路重要有单片机最小系统、电源电路、NRF24L01模块和温度显示用LED数码管电路。温度显示电路使用单片机控制NRF24L01模块和LED数码管。单片机实时检测NRF24L01模块信号，一旦有信号单片机即将信号显示在LED数码管上。这两某些电路互相独立，控制不同，代码不同，流程不同，其互相之间不产生干涉。电路中温度检测模块单片机将采集到数据发送给显示模块单片机即可实现无线模块数据发送。4.2 系统功能构造设计本系统电路由于系统特殊性质重要分两某些，无线发射电路和无线接受电路。依照系统功能分工不同，需要将系统分为无线发射电路和无线接受电路。各自不同功能模块需要配备不同电路，以实现无线信号收发功能。两某些电路互相依存也互相独立，两某些电路其实是两个系统，其完全可以独立运营。无线模块温度检测电路重要是对温度进行实时监控电路，电路相对较为简朴。由于此模块工作环境会较为恶劣，因此此电路尽量简化。连接点越多其故障率也会越高。本系统在单片机最小系统基本上增长相应电源电路、检测电路和无线收发模块就完毕电路设计。无线模块显示电路重要是显示温度检测电路发送来温度信号。其重要功能就是通过数码管进行显示温度。这两个电路其重要实现功能是无线信号传播，其体现形式温度可以正常显示。电路图见附录图2和图3。 4.3 系统控制流程系统控制流程图如下：无完毕开始初始化未完毕温度信号单片机无线发送模块单片机LED数模管显示与否有数据有图4.3 软件流程图第5章系统实现5.1 软件实现5.1.1 主函数模块功能简介寻常生活中，要完毕一件复杂功能，咱们总是习惯把“大功能”分解为各种“小功能”以实现。在C语言程序世界里，“功能”可称呼为“函数”，因而“函数”其实就是一段实现了某种功能代码，并且可以供其他代码调用。一种程序，无论复杂或简朴，总体上都是一种“函数”；这个函数就称为“main 函数”，也就是“主函数”。例如有个“做菜”程序，那么“做菜”这个过程就是“主函数”。在主函数中，依照状况，你也许还需要调用“买菜，切菜，炒菜”等子函数。main函数在程序中大多数是必要存在，但是依然有例外状况，例如windows编程中可以编写一种动态链接库（dll）模块，这是其她windows程序可以使用代码。由于DLL模块不是独立程序，因而不需要main函数。再例如，用于专业环境程序-如机器人中控制芯片-也许不需要main函数。主函数是系统开始，软件系统入口就是主函数。主函数中定义了后续使用函数，它是程序核心，重要是在运营过程中，控制各个软件模块运营。主函数中定义了各个函数后，再将需要调用函数进行编程，就可以在主函数中进行调用。5.1.2 发送程序功能简介发送程序重要依照硬件电路进行划分，发送程序中包括了各个不同函数。各个函数之间各有分工，功能也不尽相似。发送程序中重要包括了主函数、DS18B20温度读取函数和NRF24L01无线发送函数。DS18B20温度读取函数重要是对系统时序控制，由于DS18B20硬件电路是单总线信号传播，这对于时序控制非常复杂。发送程序中包括NRF24L01初始化函数，用于对NRF24L01进行初始化。NRF24L01无线收发模块也需要非常复杂时序控制。对系统软件设计时需要在硬件电路基本上进行设计。软硬件电路互相依存，互相弥补。硬件电路简朴必然导致软件控制繁琐。5.1.3 接受程序功能简介接受程序其目一目了然就是数据接受控制函数。当发送电路将无线信号发送出后来，接受电路就需要将无线电路信号接受并进行译码。软件程序依照硬件电路设计需要对硬件控制，让各个模块之间有序协调工作。接受程序中包括NRF24L01初始化函数，用于对NRF24L01进行初始化。对NRF24L01寄存器中数据进行初始化。以免在使用过程中浮现错误。包括对LED数码管显示控制函数和NRF24L01驱动函数。以此保证系统可以精确无误运营。5.1.4 函数实现unsigned char DS18B20_Read(void) unsigned char i; unsigned char temp; temp=0; for(i=8;i0;i-) temp=_cror_(temp,1); DQ=0; _nop_(); _nop_(); DQ=1; _nop_(); _nop_(); if(DQ=1) temp=temp | 0x80; else temp=temp | 0x00; DS18B20_delay(4); return(temp);void TmReadTemp (void) /读取温度bit tem18b201 = 1;bit tem18b202 = 1;float tempp;tem18b201 = DS18B20_Reset();DS18B20_Write(0xCC);DS18B20_Write(0x44);DS18B20_delay(50); /等待500us转换时间tem18b202 = DS18B20_Reset();DS18B20_Write(0xCC);DS18B20_Write(0xBE);tempL = DS18B20_Read();tempH = DS18B20_Read();temperature = (tempH*256)+tempL)*0.0625;DS18B20_delay(72);tempp = temperature*100;temp1 = tempp/1000;temp2 = (tempp-temp1*1000)/100;temp3 = (tempp-temp1*1000-temp2*100)/10;temp4 = (tempp-temp1*1000-temp2*100-temp3*10);TxBuf0=temp1;TxBuf1=temp2;TxBuf2=temp3;TxBuf3=temp4;/*主函数*void main(void) init_NRF24L01() ;/nRF24L01_TxPacket(TxBuf);/ Transmit Tx buffer dataDelay(6000);/P0=0xBF;while(1)TmReadTemp();nRF24L01_TxPacket(TxBuf);/ Transmit Tx buffer dataDelay(20);SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,0XFF);/clear RX_DR or TX_DS or MAX_RT interrupt 5.2 硬件实现5.2.1 单片机接口及功能简介单片微控制器简称单片机，是一块集成了CPU中央解决器、ROM程序存储器、定期器/计数器、RAM数据存储器和各种功能I/O输入/输出接口等一台微型计算机。其包括计算机所需要基本功能部件。其可以完毕各种功能和函数中复杂运算、通信、逻辑控制等功能。单片机最小系统是单片机运营最低保障，简朴说就是单片机能正常工作和实现功能所必要构成某些。可解释为使用至少元件构成单片机可以工作系统。单片机最小系统应当涉及单片机、时钟电路、复位电路和输入/输出设备。AT89S51单片机是完全集成混合信号片上系统型MCU，片内具备64KB可在系统编程Flash，4352字节片内RAM。其她外设重要有：12/10位或8位ADC；2个12位DAC；3个模仿捕获/比较器；硬件实现SPI/SMBus和UART串口三种接口同步支持，对于系统可扩展性非常有利；单片机AT89S51共包括通用16位定期器5个；其具备6个可编辑计数器/定期器阵列捕获/比较模块；单片机内还包括看门狗定期器、温度传感器和VDD监视器。5.2.2 晶振电路设计时钟电路是为系统提供时钟脉冲，是系统电路中必不可少一某些。时序是电路控制一某些，数据传播是以时钟脉冲为基本。本系统中使用了12MHz 晶振为系统提供时钟信号。时钟电路是单片机系统中最重要电路之一，如图5.1，它是给系统源源不断提供动力电路，时钟信号就是它所提供动力。在单片机系统中时钟信号频率是运营核心，频率高了或者低了都无法运营。本电路选用晶振是12M，由于本电路是给时间电路使用，12M晶振比较好计算时间。STC89C52片内有高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器，并产生振荡时钟脉冲。其输入管脚XTAL1和输出管脚XTAL2用于接外部晶振。电容C7和C8、外部晶振和单片机内部放大器一起构成了自激震荡电路。其中电容C7和C8对频率起到一定微调作用，电容容量都选取30pF。震荡频率选取是12MHz晶振。在使用外部时钟时单片机XTAL2引脚输入外部时钟信号，而XTAL1接地。图5.1 时钟电路图5.2.3 复位电路设计外部复位电路是保证单片机电路程序在不能正常运营时，可以从指定程序开始运营。复位电路采用按键复位，这种办法简朴且用以实现。当系统运营不正常或者浮现死机现象，只要按下复位键系统便可以在指定程序位置开始执行。由于系统电路和外部环境有不可预知性问题，而导致系统不能正常运营。复位电路成为电路必要作用就显现出来。在电路设计中，无论是在复杂电路设计还是简朴电路设计复位电路都是重要构成某些。在单片机系统中，复位电路是非常核心程序，程序不正常运营或异常停止运营时，就需要复位电路发挥作用。单片机微控制器复位引脚RST引脚9高电平在两个以上机器周期就执行复位操作。如果RST引脚持续高电平，单片机就处在寻坏复位状态周期。有两种基本形式复位办法是上电复位和开关复位。上电瞬态电容两端电压不能突然变化，这时电容器为低电平，并且连接在电阻上电压到RESET复位输入为高时，芯片被复位。随着+5 V电源电压对电容充电电阻逐渐减小，最后约等于0V芯片工作，无论是在什么工作条件下，按下手动复位按钮都能实现复位效果。在普通状况下，只要RESET引脚保持10ms以上高电平，就可以使单片机复位，重置为典型值。其构造如图5.2所示。图5.2 复位电路5.2.4 报警电路设计由于单片机STC89C52提供工作电流只有20mA，而蜂鸣器正常工作电流普通比较大，以至于单片机I/O口是无法直接驱动，因而需要一种外部驱动电路，提供正常工作所需要电流。报警模块电路图如下图5.3所示。在该电路中，BEEP连接在单片机引脚上，接口LS1为蜂鸣器，晶体管工作在饱和状态，相称于一种开关。图5.3 蜂鸣器驱动电路图5.2.5 温度检测电路设计DS18B20温度检测与数字数据输出全集成于一种芯片之上，从而抗干扰力更强。其一种工作周期可分为两个某些，即温度检测和数据解决。在解说其工作流程之前咱们有必要理解DS18B20内部存储器资源。DS18B20共有三种形态存储器资源，它们分别是： ROM 只读存储器，用于存储DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20编码是19H），背面48位是芯片唯一序列号，最后8位是以上56位CRC码（冗余校验）。数据在出产时设立不由顾客更改。DS18B20共64位ROM。电路设计非常简朴，DS18B20共三个引脚，2引脚连接到单片机后来，采用单总线方式进行数据传播。系统功能实现重要是靠软件代码对时序控制。硬件电路简朴必要在软件程序进行补偿才可以完毕任务，其构造如图5.4所示。图5.4 DS18B20硬件连接图5.2.6 数码管驱动电路设计（1）数码管显示屏简介本设计采用LED数码管显示，在单片机系统中，通惯用LED数码显示屏来显示各种数字或符合。由于它具备显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长特点，因而使用非常广泛。与LCD液晶显示屏相比，数码管虽没有液晶显示屏那样显示效果，也没有液晶显示屏做图形界面具备人机交互美观特点。但是LED有其自己特点，它具备低功耗，容易控制，占用CPU资源少这些长处，从而成为某些显示屏首选。其内部构造如图5.5所示。图5.5 数码管内部构造数码管由7个发光二极管构成，行成一种日字形，它们可以共阴极连接，也可以共阳极连接。1位显示屏由8个发光二极管构成，其中7个发光二极管ag控制7个笔画亮或暗，另一种控制一种小数点亮和暗，通过解码电路得到数码接通相应发光二极而形成相应字符。这种笔画式七段显示屏能显示字符较少，字符形状有些失真，但控制简朴，使用以便，它